不同供钾水平对菊芋产量和物质分配规律的影响

杨 宁，高 凯，赵力兴，林志玲

（1.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽 028043；2.内蒙古自治区兴安盟农牧科学研究所，内蒙古乌兰浩特 137400）

菊芋（Helianthus tuberosusL.）又名洋羌，是一种多年性宿根草本植物.菊芋在食品、畜牧、生态保护等领域应用广泛，其块茎具有非常高的营养价值，抗癌功效极其显著.菊芋块茎中的菊粉含量占干物质的比重很大［1］，可分解为单个果糖，经过发酵后可产生乙醇，此过程的转化率也非常高［2-4］.所以，在菊粉产业规模化发展中，菊芋块茎作为重要原料，其生物量一直以来都备受关注，如何提高其产量也一直都是重点研究内容.李辉等［5］研究发现，去花可增加菊芋块茎的数量与体积，其干重亦高于未做处理的菊芋；田梅［6］研究发现，嫁接可提高菊芋块茎产量，幅度可达十个百分点；另有研究表明，霜后收获也可提高菊芋块茎产量［7］；以上措施均达到了提高菊芋块茎产量的效果.钾作为矿质元素，在作物生长发育过程中的作用至关重要［8-10］，其不但直接影响作物产量，还可增强作物的抗逆性［11］.近年来，不少学者就钾肥对作物各器官生物量的影响展开了大量研究.李亚楠等［12］研究发现，适当增施钾肥可以增加甘薯的单株分支数以及单株重，随着施钾量的增加，单株分支数和单株重呈现先增加后降低的趋势；施钾对于提高马铃薯的块茎生物量效果显著［13］，在生育期，增施钾肥可使块根的干物质积累量增加；郭志平等［14］研究发现，适当增加钾肥可提高马铃薯的根系活力，进而增加块茎商品率.另有研究表明，相比氯化钾，硫酸钾具有更好的增产效果［15-16］.

在实际生产中，由于种植者不断减少有机肥的施入量，导致土壤中有效钾含量逐渐减少，这限制了作物产量水平的进一步提高［17］.而有关菊芋最佳钾肥施用量的研究也相对较少.本研究在菊芋的现蕾期对其进行不同梯度的增施钾肥处理，探讨不同钾肥施用量对菊芋产量和物质分配规律的影响，为菊芋的高产栽培提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点为内蒙古民族大学农牧业科技示范园区，位于内蒙古自治区通辽市科尔沁区丰田镇（43°38′N，122°03′E），海拔180 m，年平均气温6.5℃，极端低温为-31℃，无霜期145 d，年平均降水量390 mm，主要降雨时期在7月和8月.土壤为风砂土，有机质含量4.86 g·kg-1，速效钾94.65 mg·kg-1，速效磷10.46 mg·kg-1，碱解氮11.15 mg·kg-1，pH 8.2.试验地具备喷灌条件.

1.2 试验材料

2019年5月6日种植，品种为白皮菊芋（Helianthus tuberosus‘White skin’）.种植密度为0.8 m×0.8 m，播种深度为15 cm.选取重30～40 g、无伤、无病的块茎作为种子.施肥量为纯氮35 kg·hm-2，P2O530 kg·hm-2，K2O 34 kg·hm-2，以底肥形式施入.出苗后定株.播种前灌1次水，生长期干旱时浇水，人工除草2次，随时拨除杂草.收获时间为2019年10月12日.

1.3 试验设计

在菊芋现蕾期对其进行不同钾肥（以氯化钾形式施入）处理，共5个梯度，分别为CK（0 kg·hm-2）、K1（37.5 kg·hm-2）、K2（75 kg·hm-2）、K3（112.5 kg·hm-2）、K4（150 kg·hm-2），每个处理3个重复，处理时间为2019年8月25日.

1.4 测定指标及方法

地上生物量测定：每小区齐地面刈割，在室内分离茎叶，105℃条件下烘干48 h，最后测定干重.

地下生物量测定：取样面积为0.4×0.4 m2，深度为0.3 m，取样时尽量将每株的块茎和根系全部取出，以保证根系和块茎生物量测定准确.回到室内洗净泥土，105℃条件下烘干48 h，最后测定干重.

1.5 数据处理

地上生物量=茎秆重+叶片重+花重+侧枝重；

地下生物量=主根重+侧根重+根茎重+块茎重；

总生物量=地上生物量+地下生物量；

根冠比=地下生物量/地上生物量；

茎叶比=（茎秆重+侧枝重）/叶片重；

叶贡献率=叶片生物量/总生物量×100%；

花贡献率=花生物量/总生物量×100%；

根系贡献率=根生物量/总生物量×100%；

茎贡献率=茎生物量/总生物量×100%；

块茎贡献率=块茎生物量/总生物量×100%；

利用Excel进行数据计算和绘图，利用SPSS进行方差分析.

2 结果与分析

2.1 不同钾肥处理对菊芋总生物量的影响

由图1可知，K4处理地上生物量、地下生物量和总生物量最高；地上生物量顺序为：K4＞K2＞K1＞CK＞K3，其中，K3显著低于K1、K2和K4（P＜0.05），CK、K1、K2和K4之间差异不显著；地下生物量顺序为：K4＞K3＞K1＞CK＞K2，其中，K4显著高于其他处理（P＜0.05），CK、K1、K2和K3之间差异不显著；总生物量顺序为：K4＞K2＞K1＞CK＞K3，其中，K4显著高于其他处理（P＜0.05），CK、K1、K2和K3之间差异不显著.

图1 不同钾肥处理对菊芋生物量的影响Fig.1 Effects of different potassium fertilizer treatments on the biomass of Jerusalem artichoke

2.2 不同钾肥处理对菊芋各器官生物量的影响

由表1可知，K1、K2和K3条件下叶片生物量与CK之间无显著差异，最大值为K4处理，且K4显著高于CK（P＜0.05）；K3条件下花生物量与CK之间无显著差异，最大值为K4处理，且K4、K1和K2显著高于CK（P＜0.05）；随着施钾量的增加，根系生物量呈现逐渐增加的趋势，最大值为K4处理，且各处理之间差异不显著；K1、K2、K3和K4条件下茎生物量均与CK无显著差异，最大值为K4处理；K2条件下块茎生物量显著低于其他处理（P＜0.05），K1、K3与CK之间无显著差异，最大值为K4处理，且K4显著高于其他处理（P＜0.05）.

表1 不同钾肥处理对菊芋各器官生物量的影响Tab.1 Effects of different potassium fertilizer treatments on biomass of Jerusalem artichoke organs g·plant-1

2.3 不同钾肥处理对菊芋根冠比和茎叶比的影响

由图2可知，根冠比随着施钾量的增加大体呈现先降低后升高的趋势，最大值为K3处理，顺序为：K3＞K4＞CK=K1＞K2，其中，K3和K4显著高于CK、K1和K2（P＜0.05），K3和K4之间差异不显著，CK、K1和K2之间差异不显著；茎叶比随着施钾量的增加呈现逐渐降低的趋势，最大值为CK处理，顺序为：CK＞K2＞K1＞K3＞K4，但各处理之间差异不显著.

图2 不同钾肥处理对菊芋根冠比和茎叶比的影响Fig.2 Effects of different potassium fertilizer treatments on root shoot ratio and stem leaf ratio of Jerusalem artichoke

2.4 不同钾肥处理对菊芋各器官贡献率的影响

由表2可知，随着施钾量的增加，叶片贡献率呈现先升高后降低的趋势，且各处理之间并无显著差异；K2、K3和K4条件下花贡献率与CK之间差异不显著，最大值为K1处理，且K1显著高于CK（P＜0.05）；随着施钾量的增加，根系贡献率呈现先升高后降低的趋势，最大值为K3处理，各处理之间并无显著差异；K1、K2、K3、K4条件下茎贡献率与CK之间均无显著差异，最大值为K2处理；K1条件下的块茎贡献率与CK之间无显著差异，K2显著低于其他处理（P＜0.05），最大值为K4处理，且K4和K3显著高于CK（P＜0.05）.

表2 不同钾肥处理对菊芋各器官贡献率的影响Tab.2 Effects of different potassium fertilizer treatments on the contribution rate of Jerusalem artichoke organs %

3 讨论与结论

在块根块茎类植物上，有关施用钾肥的研究相对不多，其中主要以马铃薯（Solanum tuberosumL.）为主，有研究表明，在钾素匮乏的地区，适当增施钾肥可以使马铃薯的生理生化过程得到改善，提高光合速率，调节酶活性以及生长代谢，还能增加土壤养分，促进土壤形成团粒结构，进而提高产量［18］.在本研究中，增施钾肥显著提高了菊芋块茎产量，且块茎产量随着施钾量的增加呈现逐渐增加的趋势，这与李厚华等［19］对马铃薯增施钾肥的研究结果一致.但与施春婷等［20］的研究结果不完全一致，这可能是由于地理气候因素和施肥量等不同所导致.随着施钾量的增加，菊芋的叶片生物量也逐渐增加.光合作用的主要器官是叶片，其生物量的增加必然使光合作用增强，进而提高产量.所以，产量提高的主要原因也可能是增施钾肥提高了叶片生物量.

钾作为肥料三元素之一，其对植物物质分配规律的影响非常显著.孙小花等［21］设置不同水平探讨钾对胡麻（Sesamum indicum）花后干物质转运的影响，结果表明，钾肥使胡麻的物质分配规律发生了显著变化.本研究也得出相同结论，钾肥对菊芋的物质分配规律产生了一定影响.在不同供钾水平下，菊芋的茎秆和块茎贡献率均表现出一定差异，而叶片、花、根系贡献率之间无显著差异.其中，干物质主要积累在茎部与叶部，这也与孙小花等［21］的研究结果一致.此外，除块茎贡献率呈现上升趋势外，叶片贡献率、花贡献率、根系贡献率以及茎秆贡献率均随着施钾量的增加呈现先增加后降低的趋势.这也证明钾素的添加对植株的影响存在阈值［22］，此阈值可能与植株自身器官数量变化有关，还可能与土壤性质密切相关，试验区土质为沙土，其保水保肥能力相对较差，在短时间内过度施入钾肥，植株可能无法完全吸收，一部分随灌溉淋溶损失；还可能是因为土壤中钾素过多，对根系产生胁迫，使植株的正常吸收和转运功能受到影响.

本研究结果显示，增施钾肥对于提高菊芋生物量的效果十分显著，地上生物量、地下生物量和总生物量的最大值均为最大施肥量处理（150 kg·hm-2）；随着钾肥施用量的增加，根冠比逐渐升高，茎叶比逐渐降低；除块茎贡献率呈现上升趋势外，叶片贡献率、花贡献率、根系贡献率以及茎秆贡献率均随着施钾量的增加呈现先增加后降低的趋势.